第五章工程结构静载试验.ppt

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第五章第五章工程结构静载试验工程结构静载试验2022/11/101SchoolofUrbanConstructionandManagement2022/11/1025.1概述静载试验（静力荷载试验）u对结构施加静力荷载并考察结构在静力荷载下的力学性能试验。

u所谓“静力”指试验过程中结构本身运动的加速度效应即惯性力效应可以忽略不计。

u静载试验是结构试验中最基本和最大量的试验。

u相对动载试验而言，结构静载试验所需的技术与设备比较简单，容易实现。

2022/11/1035.2试验前的准备5.2.1调查研究、收集资料调查研究、收集资料，充分了解本项试验的任务和要求，明确试验目的，以便确定试验的性质和规模，试验的形式、数量和种类，正确地进行试验设计。

u鉴定性试验：

向设计、施工和使用单位或人员收集资料。

设计方面设计图纸、计算书、设计所依据原始资料施工方面施工日志、材料性能报告、施工记录、隐蔽工程验收记录使用方面使用过程、超载情况、事故经过u科学研究性试验：

收集与本试验有关的历史、现状和将来发展的要求。

历史国内外有无类似试验，采用方法及结果现状已有理论、假设、设计和施工技术及材料、技术状况等将来生产、生活和科学技术发展的趋势与要求2022/11/1045.2试验前的准备5.2.2制订试验大纲在调查研究成果的基础上，为使试验有条不紊地进行，以取得预期效果而制订的纲领性文件，内容包括1.概述简要介绍调查研究的情况，提出试验的依据及试验的目的意义与要求。

必要时有理论分析和计算。

2.试件的设计及制作要求3.试件的安装与就位4.加载方法与设备5.量测方法和内容6.辅助试验7.安全措施8.试验进度计划9.试验组织管理10.附录总之，试验的准备必须充分，规划必须细致、全面。

工作步骤必须十分明确。

2022/11/1055.2试验前的准备5.2.3试件准备试件的设计、制作、质量验收、表面处理及有关测点的布置与处理。

5.2.4材料物理力学性能测定u测定项目：

强度、变形性能、弹性模量、泊松比、应力-应变关系。

u测定方法：

直接测定法和间接测定法直接测定法制作结构和构件时留下材料并按规定做成标准试件，然后在试验机上用规定的标准试验方法加荷载试验进行测定。

间接测定法非破损法或半破损试验。

2022/11/1065.2试验前的准备5.2.5试验设备与试验场地的准备试验计划应用的加载设备和测量仪表。

场地的清理和安排。

5.2.6试件安装就位5.2.7加载设备和量测仪表安装5.2.8试验控制特征值的计算计算出各个荷载阶段的荷载值和各特征部位的内力、变形值等，作为试验时控制与比较的依据。

2022/11/1075.3加载与量测方案的设计5.3.1加载方案满足试验目的的前提下，尽可能做到试验技术合理、财政开支经济和安全试验。

结构静载试验的加载程序分为预载、正式加载、卸载三个阶段。

其目的一是便于控制加（卸）载速度，而是方便观察和分析结构变形情况，三是利于各点加载统一步调.对于现场结构或构件的检验性试验通常只加至标准荷载即正常使用荷载，试验后试件还可以使用。

而对于研究性试验，当加载到标准荷载后，一般不卸载而须继续加载直至试件进入破坏阶段。

加载加载加载加载2022/11/1085.3加载与量测方案的设计1.预载目的：

使试件各部接触良好，进出正常工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；检验全部试验装置的可靠性；检验全部观测仪表工作正常与否；检查现场组织工作和人员的工作情况预载一般分三级进行，每级取标准荷载值的20%。

然后分级卸载，分23级卸完。

加载加载加载加载2022/11/1095.3加载与量测方案的设计2.正式加载

（1）荷载分级在加载达到标准荷载前，每级加载值不应大于标准荷载的20%，一般分五级加至标准荷载；打到标准荷载之后每级不应大于标准荷载的10%；当荷载加至计算破坏荷载的90%后，为了求得精确的破坏荷载值，没级应取不大于标准荷载的5%。

同一试件上的各加载点，每一级荷载都应当按统一比例增加，保持同步。

加载加载加载加载2022/11/10105.3加载与量测方案的设计2.正式加载

（2）满载时间对需要进行变形和裂缝宽度试验的结构，在标准短期荷载作用下的持续时间，对钢结构和钢筋混凝土结构不应少于30min；木结构不应少于30min的2倍；拱或砌体为30min的6倍；对预应力混凝土构件，满载30min后加至开裂，开裂荷载下再持续30min。

对于新材料、新工艺、新结构要求加载时间不少于12h。

如这段时间内变形继续不断增加而无稳定趋势时，应延长持续时间直至稳定。

加载加载加载加载2022/11/10115.3加载与量测方案的设计2.正式加载（3）空载时间受载结构卸载后到下一次重新开始受载之间的间歇时间称为空载时间。

空载对于研究性试验是完全必要的。

因为观测结构经受荷载作用后的残余变形和变形的恢复情况均可说明结构的工作性能。

对于一般钢筋混凝土结构空载时间取45min；对于较重要或者跨度较大结构取18h；钢结构不应少于30min。

必须在空载期间定期观察和记录变形值。

加载加载加载加载2022/11/10125.3加载与量测方案的设计3.卸载凡间断性加载试验，或仅作刚度、抗裂和裂缝宽度检验的结构域构件，以及测定参与变形的试验及预载之后，均须卸载，让结构、构件有恢复弹性变形的时间。

卸载一般可按加载级距，也可放大1倍或分2次卸完。

加载加载加载加载2022/11/10135.3加载与量测方案的设计5.3.2量测方案量测方案要考虑的主要问题：

（1）根据试验的目的和要求，确定观测项目，选择量测区段

（2）按照确定的量测项目，选择合适的仪表（3）确定试验观测方法2022/11/10145.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验一、试件安装和加载方法u安装：

正位试验，一端采用铰支座，另一端采用滚动支座，支座下面用支墩安置在地面上，要求牢固和稳定。

u加载方法：

梁：

常用液压加载器和分配梁，或用液压同步加载加载器直接加载。

板：

一般重物加载。

也可用集中荷载等效，采用梁加载方式加载。

吊车梁：

采用液压，试验时的加载图式要按最布利荷载布置决定集中荷载的作用位置。

等效加载：

等效加载：

使试验杆件的内力图形与设计或实际的内力图形相等或相近，并使两者最大受力截面的内力值相等。

在受弯构件试验中，经常利用几个集中荷载来代替均布荷载，并取试验梁的跨中弯矩等于设计弯矩时的荷载作为量的试验荷载。

这时支座截面的最大剪力也可以达到均布荷载梁的剪力设计数值。

采用此方法能较好的满足M与V值得等效，但试件的变形不一定满足等效条件，应考虑修正。

2022/11/10155.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验试件试件的就位形式的就位形式1、正位试验一般的结构试验均采用正位试验，结构自重和它所承受的外荷载作用在同一垂直平面内，符合实际受力状态2022/11/10165.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验试件试件的就位形式的就位形式2、卧位试验对于自重较大的梁、柱，跨度大、矢高的屋架及桁架等重型构件，当不便于吊装运输和进行测量时，可在现场就地采用卧位试验，这样就大幅度降低试验装置的高度，便于布置量测仪表和数据测量。

2022/11/10175.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验试件试件的就位形式的就位形式3、反位试验对于混凝土构件进行抗裂或裂缝宽度试验时，为了便于观察裂缝和读取裂缝宽度值，可将试件倒过来安装，使其受拉区向上，这种形式称为反位试验。

4、原位试验对已建结构进行现场试验时，均采用原位试验。

试验的构件处于实际工作位置，它的支承情况、边界条件与实际工作状态完全一致。

2022/11/10185.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验等效等效加载加载2022/11/10195.4常见结构构件静载试验5.4.1受弯构件的试验二、试验项目和测点布置n鉴定性试验：

承载力、抗裂度和各级荷载作用下的挠度及裂缝开展情况。

n研究性试验：

除了承载力、抗裂度、挠度和裂缝观测外，还测量构件某些部位的应力。

1.挠度的测量梁的挠度值是量测数据中最能反映其综合性能的一项指标，其中最主要的是测定梁跨中最大挠度值fmax及弹性挠度曲线2022/11/10205.4常见结构构件静载试验为了求得真正的挠度，必须注意支座沉陷的影响。

支座的沉陷会导致刚性位移，因此必须至少安装3个测点2022/11/10215.4常见结构构件静载试验对于跨度较大（大于6000mm）的梁，为了保证可靠性，并求得变形后的挠度曲线，测点应增加至57个，并沿梁的跨间对称布置对于宽度较大（大于600mm）的梁，必要时考虑在截面的两侧布置测点。

2022/11/10225.4常见结构构件静载试验2.应变测量梁是受弯构件，实验时要量测由于弯曲产生的应变，一般在梁承受正负弯矩最大的截面或弯矩有突变的截面上布置测点。

对于变截面梁，有时也需在截面突变处设置测点。

2022/11/10235.4常见结构构件静载试验2.应变测量对于钢筋混凝土梁，由于材料的非弹性性质，截面上的应力分布往往是不规则的。

为了求得应力分布的规律和确定中和轴的位置，就需要增加一定数量的应变测点。

一般情况下需要布置五个，若高度较大则需增加测点。

布置在中和轴处的仪表，由于应变读数值小，相对误差可能较大。

以致不起作用。

受拉区混凝土开裂以后，经常可以通过该测点读数值的变化来观测中和轴位置的上升与变动2022/11/10245.4常见结构构件静载试验3.应力测量截面应力的测量主要通过对该截面应变测试来求得。

根据试验需要，受弯构件试验中应力测量主要包括单向应力测量、平面应力测量、梁腹筋应力测量、翼缘与孔边应力测量等。

截面应力测量主要是通过应变片的读数来换算。

2022/11/10255.4常见结构构件静载试验

（1）单向应力测量：

梁的纯弯曲区域（1-1截面）内，梁截面上仅有正应力，在该处截面上可仅布置单向应变测点。

钢筋混凝土梁受拉区开裂后，该截面混凝土部分退出工作，布置在混凝土受拉区的仪表就丧失了其测量作用。

因此常常在受拉去钢筋上也布置测点以便测量钢筋应变。

2022/11/10265.4常见结构构件静载试验

（2）平面应力测量：

荷载作用下，2-2截面既有弯矩又有剪力作用，为平面应力状态，为了求得该截面上的最大主应力及剪力的分布规律，需要布置指教应变网络，通过三个方向上应变的测定，求得最大主应力的数值及作用方向。

2022/11/10275.4常见结构构件静载试验（3）钢筋和弯筋的应力测量：

对于钢筋混凝土梁来说，为研究梁斜截面的抗剪机理，除了混凝土表面需要布置测点外，通常在梁的弯起钢筋或箍筋上布置应变测点。

这里较多的是用预埋或试件表面开槽的方法来解决设点问题。

2022/11/10285.4常见结构构件静载试验（4）翼缘与孔边应力测量：

对于翼缘较宽较薄的T型梁，其翼缘部分受力不一定均匀，以致不能全部参加工作，这时应该沿翼缘宽度布置测点，测定翼缘上应力分布情况。

为了减轻自重，有时候需要在梁腹板上开孔，孔边应力集中现象比较严重，且往往梯度较大，严重影响结构的承载力，因此必须注意孔边的应力测量。

应力集中是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。

梁腹板圆孔周边的应变测点布置梁腹板圆孔周边的应变测点布置2022/11/10295.4常见结构构件静载试验（5）校核测点：

为了校核试验的正确性，便于整理试验结果时进行误差修正，经常在梁的端部凸角上的零应力处（3-3截面）设置少量测点，以检验整个测量过程是否正常。

2022/11/10305.4常见结构构件静载试验4.裂缝测量在钢筋混凝土梁试验时，经常需要测定其抗裂性能。

一般垂直裂缝产生在弯矩最大的受拉区段，因此在这一区段连续设置测点。

2022/11/10315.4常见结构构件静载试验4.裂缝测量在裂缝行程过程中，仪器读数可能变小，甚至会出现负值。

如图，使原来光环曲线产生突然转折的现象。

如果发现上述情况，即可判断试件已开裂。

（由荷载-应变曲线观察混凝土开裂，为什么）2022/11/10325.4常见结构构件静载试验4.裂缝测量斜截面上的主拉应力裂缝